Forschungsprojekte

THz-Bildgebung

Terahertz-Bildgebung hat sich als eine sehr nützliche Messtechnik für Anwendungen im Bereich der zerstörungsfreien Materialprüfung erwiesen. Unter Verwendung kohärenter Detektion wird das gesamte elektrische Feld nachgewiesen. Je nach gewähltem Auswerteverfahren kann man aus den Messdaten auf verschiedene Objekteigenschaften wie z. B. Dicke, Form, Dichte oder Inhalt schließen.

<b>Abb. 1:</b> Foto eines Systemaufbaus für Terahertz-Bildgebung

<b>Abb. 2:</b> Skizze eines Systemaufbaus für Terahertz-Bildgebung

Die Auswertung der Messwerte erfolgt auf folgende physikalischen Größen hin: Amplitude, Laufzeit und Spektrum.

<b>Abb. 3:</b> Auswertemethoden an einem THz-Puls: Laufzeit, Amplitude, Spektrum

THz-Bildgebung der Amplituden-Transmission am Beispiel einer bearbeiteten Kunststoffplatte zeigt die nachfolgende Abbildung. Auch die kleinste Bohrung mit 1 mm Durchmesser und die verdeckten Senkungen können aufgelöst werden.

<b>Abb. 4:</b> Foto einer bearbeiteten Kunststoffplatte und dazugehörige THz-Amplituden-Transmission

Terahertz-Strahlung pflanzt sich in verschiedenen optischen Medien mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten fort. Tritt ein für THz-Strahlung transparentes Medium der Dicke D mit Brechungsindex n_THz in den Strahlengang ein, wird der Strahl um Δ T = D (n_THz-1)/c₀ verzögert (c₀: Vakuum-Lichtgeschwindigkeit). Der relative Laufzeitunterschied Δ T des THz-Pulses läßt sich sehr genau messen. Die Abbildung zeigt das Laufzeitbild von handelsüblichen Klebestreifen auf einem Kunststoffhalter. Die erreichte Laufzeit-Genauigkeit war besser als Δ T = 0,1 ps, was einer Kunststoff-Schichtdicke von etwa L = 50 μm entspricht.

<b>Abb. 5:</b> Geometrie der Klebestreifen auf einem Kunststoffhalter

<b>Abb. 6:</b> Bildgebung der THz-Laufzeitunterschieden von Klebestreifen

Schlagworte:

Terahertz (THz), Zeitbereichs-Spektroskopie, zerstörungsfreie Materialprüfung, Endkontrolle, Qualitätskontrolle, industrielle Anwendung

Referenzen:

[1] "Terahertz-Wellen – ein neuer Spektralbereich für die industrielle Messtechnik (Terahertz Waves – A New Spectral Band for Industrial Measurement Techniques)“, F. Ellrich, T. Weinland, J. Klier, J. Jonuscheit, and R. Beigang, tm-Technisches Messen, Vol. 77, No. 9, pp. 452-461 (2010)
Zusammenfassung Copyright

[2] "Fasergekoppeltes Terahertz-Spektroskopiesystem (Fiber-coupled Terahertz Spectroscopy System)", F. Ellrich, T. Weinland, M. Theuer, J. Jonuscheit, and R. Beigang, tm-Technisches Messen, Vol. 75, No. 1, p. 14-22 (2008)
Zusammenfassung Copyright

[3] "Terahertz-Bildgebung in industriellen Anwendungen (Terahertz Imaging in Industrial Applications)", M. Theuer, G. Torosyan, F. Ellrich, J. Jonuscheit, and R. Beigang, tm-Technisches Messen, Vol. 75, No. 1, p. 64-70 (2008)
Zusammenfassung Copyright

[4] "T-Ray Imaging", D. Mittleman, R. Jacobsen, and M. Nuss, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 2, No. 3, p. 679-692 (1996)

[5] "Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors", D. Grischkowsky, S. Keiding, M. Exter, and Ch. Fattinger, Journal of the Optical Society of America B, Vol. 7, p. 2006-2015 (1990)